納米金、二氧化硅、石墨烯及其復(fù)合材料在PTB7：PC71BM太陽能電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、有機(jī)聚合物太陽能電池由于具有成本低廉、柔韌性好、可卷曲、制備工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)良特性而受到廣泛關(guān)注。迄今為止，電池的光電轉(zhuǎn)換效率低下仍然是制約著有機(jī)聚合物太陽能電池商業(yè)化發(fā)展的重要因素。影響電池效率的主要因素有活性層對太陽光的吸收效率、激子的有效分離以及載流子的傳輸及收集。目前，在器件中常使用光子晶體、抗反射涂層、表面等離子體納米結(jié)構(gòu)等方式來提高光捕獲率、改善光吸收。其中，表面等離子體納米結(jié)構(gòu)是通過局域表面等離共振效應(yīng)(LSP

2、R)而引起近場增強(qiáng)，從而有效提高光吸收率。應(yīng)用于光捕獲的表面等離子體結(jié)構(gòu)可以分為兩類:納米光柵和納米顆粒。
　　本論文主要圍繞聚苯并二噻吩∶富勒烯(PTB7∶PC71BM)體系太陽能電池展開研究，通過在活性層以及電子傳輸層中摻雜納米金、納米二氧化硅及其復(fù)合材料、石墨烯、石墨烯量子點(diǎn)等，提高器件光電轉(zhuǎn)換效率。主要研究內(nèi)容如下:
　?。ㄒ唬┘{米金具有獨(dú)特的局域表面等離子體共振效應(yīng)，可以在有機(jī)活性層厚度不增加的情況下，提高器件可見

3、光的吸收效率以及載流子在電極處的收集效率。本論文首先制備不同粒徑的金納米粒子(Au NPs)，然后分別將其摻雜到器件中，并組裝電池。研究發(fā)現(xiàn)Au NPs可使器件光電流密度得到明顯的提高。粒徑為50nm的Au NPs摻雜ZnO電子傳輸層，獲得了3.52％的光電轉(zhuǎn)換效率。
　?。ǘ㏒iO2納米粒子可以通過增強(qiáng)光散射提高活性層的吸光效率，納米SiO2@Au、Au@SiO2等核殼復(fù)合材料兼具金納米粒子和SiO2的優(yōu)點(diǎn)，制備適宜粒徑的納米

4、材料并分別將其添加到反式聚合物太陽能電池的有機(jī)活性層以及ZnO傳輸層中。研究結(jié)果證明，納米SiO2及其復(fù)合材料可以極大地提高器件光電轉(zhuǎn)換效率。60nm SiO2@Au摻雜到電池的ZnO電子傳輸層中，器件整體效率達(dá)到4.33％;18nm的Au@SiO2摻雜到電池的ZnO電子傳輸層中，可使電池效率增大到3.99％。
　?。ㄈ┦┚哂泄鈱W(xué)透過率高、電阻低、功函數(shù)可調(diào)以及物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。石墨烯量子點(diǎn)(GQDs)具有獨(dú)特的光學(xué)性